第二章-腫瘤分子生物學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)ppt課件

1、第二章 腫瘤分子生物學(xué)與細(xì)胞生物學(xué),李金龍 ,Figure 2.1a The Biology of Cancer ( Garland Science 2007,Figure 11.7 The Biology of Cancer ( Garland Science 2007,腫瘤分子生物學(xué)與細(xì)胞生物學(xué),第一節(jié) 癌基因與細(xì)胞轉(zhuǎn)化 第二節(jié) 細(xì)胞遺傳學(xué)與腫瘤形成 第三節(jié) 細(xì)胞分化與腫瘤,第一節(jié) 癌基因與細(xì)胞轉(zhuǎn)化,1. 癌基因 腫瘤來源于正常細(xì)胞 腫瘤相關(guān)因素-致癌、促癌 致癌物主要是作用于DNA而非酶和蛋白質(zhì) 2. 癌基因的活化方式,病毒和腫瘤的關(guān)系 1965年Fried分離到一個溫度敏感的多瘤病毒

2、1969年Vogt等分離到溫度敏感的突變型Rous肉瘤病毒。 逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn),1. 癌基因,oncogene 不僅存在于腫瘤細(xì)胞中，也廣泛存在于正常細(xì)胞，在正常細(xì)胞的生長、分化以及凋亡過程中具有重要的調(diào)節(jié)功能，當(dāng)癌基因在其結(jié)構(gòu)或表達(dá)水平或基因表達(dá)位置發(fā)生變化時，將會導(dǎo)致細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化。 病毒癌基因，細(xì)胞癌基因,勞斯（Rous,Francis Peyton）美國內(nèi)科醫(yī)生,病毒癌基因,viral oncogene, v-onc 病毒基因組中存在誘發(fā)腫瘤的核酸片段 特點(diǎn) 病毒癌基因具有誘發(fā)細(xì)胞轉(zhuǎn)化惡變的能力 從進(jìn)化觀點(diǎn)看，病毒癌基因來源于細(xì)胞癌基因，故兩者序列十分相似。 形成的機(jī)制：病毒感染細(xì)胞過程

3、中從細(xì)胞癌基因捕獲而得的 DNA片段,原癌基因、細(xì)胞癌基因,proto-oncogene, p-onc or cellular oncogene, c-onc 動物和人體細(xì)胞內(nèi)存在一類與病毒基因同源的基因，它們在正常細(xì)胞內(nèi)起調(diào)控生長和分化的作用,細(xì)胞癌基因 該基因位于細(xì)胞內(nèi)，未被激活時無致癌作用。 細(xì)胞原癌基因普遍存在于多種生物（包括人類）中，在進(jìn)化上具有高度保守性。 調(diào)節(jié)細(xì)胞的發(fā)育和分化 ：mos、myc、src、raf和 rel 調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長和增殖 ：erb B 、p21、raf 、ras,細(xì)胞癌基因與病毒癌基因不同,基因組成：細(xì)胞癌基因基因組成完整，但病毒癌基因缺失調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的內(nèi)含子序列

4、，該部位為病毒序列所取代，能有效地轉(zhuǎn)錄病毒mRNA； 轉(zhuǎn)錄控制：細(xì)胞癌基因的轉(zhuǎn)錄由正常細(xì)胞調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄序列控制，以低水平進(jìn)行；病毒癌基因的轉(zhuǎn)錄由病毒的長末端重復(fù)序列（LTR）控制，在高水平上進(jìn)行； 結(jié)構(gòu)功能：大多數(shù)病毒癌基因與同源的細(xì)胞癌基因比較，已發(fā)生改變（如點(diǎn)突變）而增強(qiáng)其轉(zhuǎn)錄能力； 編碼的蛋白：病毒癌蛋白常常缺失原癌蛋白的羧基端（C端），而具有轉(zhuǎn)錄活性,2. 癌基因的活化,1）點(diǎn)突變 Point mutation （2）插入誘變 insertional mutagenesis （3）基因易位 translocation （4）基因擴(kuò)增 amplification （5）癌基因缺失 gene

5、deletion （6）基因甲基化 methylation,1）點(diǎn)突變 Point mutation,是癌基因活化最常見的方式之一， 常見形式有堿基替換、插入和缺失,化學(xué)致癌劑誘發(fā)點(diǎn)突變 亞硝基甲環(huán)脲(NMU)誘發(fā)的鼠乳腺癌中，H-ras基因在NMU的作用下，第12 密碼子的GGC突變?yōu)镚AC,突變活化癌基因的機(jī)制 突變發(fā)生在編碼區(qū)， 則造成該基因所編碼的一級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，并進(jìn)而改變該蛋白質(zhì)的生物學(xué)作用性質(zhì)。 突變發(fā)生于5-末端的非編碼區(qū)， 導(dǎo)致表達(dá)調(diào)控異常,2）插入誘變,不攜帶病毒基因的慢性轉(zhuǎn)化型病毒通過其前病毒（provirus）插入到細(xì)胞基因組而引起靶基因轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)，稱為插入誘變（inse

6、rtional mutagenesis） 禽類白細(xì)胞增生癥病毒（ALV），本身無癌基因，但其感染細(xì)胞后，前病毒兩端LTR插入到細(xì)胞c-myc基因的近旁而使c-myc基因活化，使其表達(dá)比正常時高50100倍而致淋巴瘤,3）基因易位,基因領(lǐng)域效應(yīng)（gene territorial effect） 真核細(xì)胞中，當(dāng)兩個位于同一DNA鏈上的基因之間的距離小于規(guī)定長度時，其中一個基因轉(zhuǎn)錄受抑制。 易位后，消除了基因領(lǐng)域效應(yīng)而增強(qiáng)了轉(zhuǎn)錄活性，造成易位基因的轉(zhuǎn)錄性激活。 基因易位造成的另一種后果是產(chǎn)生融合基因，導(dǎo)致異常融合蛋白的表達(dá),Ph1 chromosome,Visual Evidence of Ph1

7、chromosome,This micrograph uses fluorescence in situ hybridization (FISH) to reveal the ABL DNA (red) and the BCR DNA (green) in the interphase nuclei of the leukemic cells of a patient with CML. The red dot at left center reveals the location of ABL on the normal chromosome 9; the green dot (top ce

8、nter) shows BCR on the normal chromosome 22. The combined dots (red + green = yellow) at the lower right reveal the fused BCR-ABL gene on the Philadelphia chromosome. Micrograph courtesy of Douglas C. Tkachuk,4）基因擴(kuò)增,是指細(xì)胞原癌基因在細(xì)胞基因組內(nèi)拷貝數(shù)的增加及其表達(dá)水平的提高，由于基因的劑量效應(yīng)，使細(xì)胞無控制地生長，并向異常的方向分化。 基因擴(kuò)增是癌基因活化的主要方式之一 多拷貝的

9、DNA以游離形式存在稱之為雙微體（double minute,DMs），也可再次整合入染色體形成均染區(qū)(homogeneously staining region,HSRs,Myc基因擴(kuò)增形成雙微體（黃色）的核型 引自Molecular Biology of the Cell. 4th ed. 2002,Myc基因擴(kuò)增形成均染區(qū)（黃色）的核型 引自Molecular Biology of the Cell. 4th ed. 2002,5）基因甲基化,在DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyltransferase ,DMT) 的催化下,以s-腺苷甲硫氨酸(SAM) 為甲基供體,將甲基轉(zhuǎn)移到特定

10、的堿基上的過程。在哺乳動物,DNA甲基化主要發(fā)生在5-CpG-3的C上.生成5-甲基胞嘧啶(5mC,腫瘤中普遍存在DNA甲基化狀態(tài)的改變。表現(xiàn)為總體的甲基化水平降低與局部的甲基化水平升高。 抑癌基因與修復(fù)基因的高甲基化與反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子、癌基因的去甲基化,CpG島甲基化密度與癌癥進(jìn)展,DNA甲基化的檢測方法,甲基化敏感性限制性內(nèi)切酶 Hpa和Msp均能識別CCGG序列， CmCGG Msp I識別， Hpa不識別 mCmCGG 都不識別 利用Hpa-Msp 的這種屬性處理DNA，隨后進(jìn)行Southern或PCR擴(kuò)增分離產(chǎn)物，明確甲基化狀態(tài),甲基化特異性PCR(Methylmion Specific

11、 PCR，MSP) 首先用亞硫酸氫鈉修飾處理基因組DNA，所有未發(fā)生甲基化的胞嘧啶都被轉(zhuǎn)化為尿嘧啶，而甲基化的胞嘧啶則不變。 然后設(shè)計針對甲基化和非甲基化序列的引物并進(jìn)行PCR擴(kuò)增，最后通過瓊脂糖凝膠電泳分析，確定與引物互補(bǔ)的DNA序列的甲基化狀態(tài),6）癌基因缺失,腫瘤細(xì)胞中常發(fā)現(xiàn)有癌基因DNA片斷的缺失，這種既可以是單個堿基對，也可以是一個片斷，甚至為整個基因的丟失。 癌基因內(nèi)小的缺失，在正常情況下為抑癌蛋白活化的部分。 在多形性神經(jīng)膠質(zhì)瘤，EGFR基因擴(kuò)增是常見的晚期事件，但多數(shù)病例不僅有基因擴(kuò)增，而且在擴(kuò)增的基因內(nèi)也有缺失現(xiàn)象出現(xiàn)，缺失常發(fā)生在27密碼子，這樣就產(chǎn)生了較短的EGFR蛋白，

12、進(jìn)一步使該蛋白活化,常見原癌基因的激活方式和人類腫瘤,思考題,癌基因、病毒癌基因、原癌基因 癌基因的活化方式 基因領(lǐng)域效應(yīng) 腫瘤細(xì)胞中DNA甲基化的特點(diǎn),腫瘤分子生物學(xué)與細(xì)胞生物學(xué),第一節(jié) 癌基因與細(xì)胞轉(zhuǎn)化 第二節(jié) 細(xì)胞遺傳學(xué)與腫瘤形成 第三節(jié) 細(xì)胞分化與腫瘤,第二節(jié) 細(xì)胞遺傳學(xué)與腫瘤形成,1. 遺傳性惡性腫瘤 2. 遺傳性癌前病變,腫瘤是一種體細(xì)胞遺傳病。 各種環(huán)境因素直接或間接作用于體細(xì)胞的遺傳物質(zhì)，引起染色體或DNA的改變， 經(jīng)過促進(jìn)和進(jìn)展等過程，才能形成各種惡性腫瘤,1. 遺傳性惡性腫瘤（1）視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤(retinoblastoma,發(fā)生率約1/210001/10000，多在4歲以

13、前發(fā)病 早期為眼底灰白色腫塊，多無自覺癥狀，腫瘤長入玻璃體，使瞳孔呈黃色光反射時，稱為“貓眼”。 可分遺傳型和非遺傳型兩類 Rb基因,Knudson二次突變學(xué)說,2）Wilms瘤(腎母細(xì)胞瘤，WT,嬰幼兒惡性胚胎腫瘤，發(fā)病率約為1/10000， 3/4的腫瘤發(fā)生在4歲前，90在20歲內(nèi)發(fā)生 可分為遺傳型和非遺傳型 Wilms瘤基因(WT)是一種抑癌基因，其基因產(chǎn)物為一種有鋅指結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì),Role of WT1 during kidney development Formation of the kidneys is induced by the reciprocal interaction

14、of the metanephric mesenchyme and the invading ureteric bud (A). WT1 is upregulated once the mesenchyme begins to form epithelial condensates around the ureteric bud tips (B). In the absence of WT1 the mesenchyme becomes apoptotic and invasion of the ureteric bud does not occur, suggesting that WT1

15、acts as a survival factor for populations of embryonic kidney cells. During the later stages of renal development, WT1 may inhibit mesenchymal cell proliferation, thereby allowing the formation of S-shaped bodies (C), which will elongate and eventually connect to the branching collecting duct tree t

16、o give rise to the mature nephrons (D,3）神經(jīng)母細(xì)胞瘤(NB,是一種兒童中常見的惡性胚胎腫瘤， 起源于神經(jīng)嵴，發(fā)病率約為1/10000 致病基因定位于1p36.2p36.1,2遺傳性癌前病變 （1）家族性結(jié)腸息肉綜合征(FPC,常染色體顯性遺傳，其特征為病變局限于結(jié)腸和直腸，息肉為腺瘤性，數(shù)目可多可少，40歲前多惡變?yōu)榘?本病的基因APC已定位于5q21q22，是一種抑癌基因，在APC基因有雜合性缺失的基礎(chǔ)上，又經(jīng)癌基因K-ras2、抑癌基因DCC、Tp53等的改變等多步變化，才形成結(jié)腸腺癌,2）神經(jīng)纖維瘤（NF,常染色體顯性遺傳； 近年來，NF基因已定

17、位于11q11.2，它是一種抑癌基因，其產(chǎn)物有特異地抑制ras癌基因的作用,3）基底細(xì)胞痣綜合癥（BCNS,常染色體顯性遺傳， 已將BCNS基因定位于9q22.3q31,腫瘤分子生物學(xué)與細(xì)胞生物學(xué),第一節(jié) 癌基因與細(xì)胞轉(zhuǎn)化 第二節(jié) 細(xì)胞遺傳學(xué)與腫瘤形成 第三節(jié) 細(xì)胞分化與腫瘤,第三節(jié) 細(xì)胞分化與腫瘤,1. 細(xì)胞周期的調(diào)控機(jī)制 2. 細(xì)胞周期調(diào)控異常與腫瘤,腫瘤之所以生長的一個原因是腫瘤細(xì)胞中處于G0期的細(xì)胞很少，它比正常組織有較多的細(xì)胞參加增殖周期； 腫瘤細(xì)胞增殖的無限制性。 腫瘤細(xì)胞復(fù)制的高保真性差，導(dǎo)致細(xì)胞遺傳不穩(wěn)定,Cell Cycle,間期 Interphase: G1, S, G2

18、有絲分裂期 Mitosis: 前期prophase 中期metaphase 后期anaphase 末期telophase,Leland H. Hartwell,R. Timothy (Tim) Hunt,Sir Paul M. Nurse,2001年10月8日美國人LelandHartwell、英國人Paul Nurse、TimothyHunt因?qū)?xì)胞周期調(diào)控機(jī)理的研究而獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎,1細(xì)胞周期調(diào)控機(jī)制,1） CDK(cyclin-dependent kinase) （2）細(xì)胞周期蛋白（cyclin） （3） CAK （4） CKI,1）CDK(cyclin-dependent kina

19、se,是細(xì)胞周期調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的核心 cyclin 對CDK 具有正性調(diào)控作用 CAK對CDK具有正性調(diào)控作用 CKI 對CDK 具有負(fù)性調(diào)控作用,2）細(xì)胞周期蛋白（cyclin,是根據(jù)其蛋白質(zhì)水平在細(xì)胞周期內(nèi)呈時相性起伏的特征。 所有的cyclin蛋白分子結(jié)構(gòu)上，都有一個由100多個氨基酸組成的相對保守的區(qū)域，稱為細(xì)胞周期盒。Cyclin box的主要功能是與CDK結(jié)合并激活之,各種cyclin 含量在細(xì)胞周期呈周期性變化, 與CDK 結(jié)合形成復(fù)合物并激活其活性, 對細(xì)胞內(nèi)特定底物進(jìn)行磷酸化后, 通過泛素依賴性的蛋白酶水解途徑降解失活,不同類型的CDK/cyclin復(fù)合體,CDK的Thr 161/

20、 160磷酸化可促進(jìn)CDK-Cyclin的結(jié)合。 對Thr 160/161磷酸化的蛋白激酶是CAK。 CAK的兩個重要亞單位是CDK7和CyclinH,3）CAK,CAK,CDK的激活機(jī)制,CDK Thr 160/161磷酸化 CDK/Cyclin,cell cycle,Weel/CDC25對CDKThr14/Tyr15磷酸化和去磷酸化,CDK的激活和失活還與 Thr14 /Tyr15 的磷酸化和去磷酸化有關(guān)。 Thr14/Tyr15的去磷酸化導(dǎo)致CDK的激活 使CDK上Thr14/Tyr15磷酸化的蛋白激酶是weel, 使其去磷酸化的磷酸酶是CDC25,4）CKI對CDK的抑制,CKI有兩大

21、類蛋白組成 Ink4家族：P16INK4a、P15INK4b、P18INK4c和P19INK4d，抑制CDK4、CDK6。 Cip/Kip家族：p21Cipl、P27Kip1和P57Kip1，抑制CDK2、CDK4、CDK6等,2. 細(xì)胞周期調(diào)控異常與腫瘤,1）細(xì)胞周期的驅(qū)動機(jī)制 （2）細(xì)胞周期的監(jiān)控機(jī)制 （3）細(xì)胞周期在腫瘤中的含義,1）驅(qū)動機(jī)制G1-S期,DNA的復(fù)制及蛋白質(zhì)的合成做準(zhǔn)備， 產(chǎn)生了cGMP、cAMP、RNA、多胺、胸苷激酶及脫氧核苷酸等物質(zhì)。 G1期限制點(diǎn)（restriction point ，R點(diǎn)） 哺乳動物細(xì)胞體外培養(yǎng)時，需要添加多肽生長因子促進(jìn)細(xì)胞的分裂。如果缺少生長

22、因子, 就會被阻止在G0階段, 一旦在培養(yǎng)基中添加了生長因子, 這些細(xì)胞在1416小時后通過細(xì)胞周期限制點(diǎn), 再過68小時, 細(xì)胞進(jìn)入S期, 并完成余下的細(xì)胞周期過程。 若將通過限制點(diǎn)的細(xì)胞從含有生長因子的培養(yǎng)基轉(zhuǎn)移到?jīng)]有生長因子的培養(yǎng)基上, 這些細(xì)胞不能進(jìn)入S期。但是, 細(xì)胞一旦通過了G1期的限制點(diǎn), 這些細(xì)胞就能夠進(jìn)入S期并完成其后的細(xì)胞周期過程。由此推測, 哺乳動物細(xì)胞周期的限制點(diǎn)相當(dāng)于酵母的START點(diǎn),G1-S transition：Rb protein,G2-M期,cyclinA、cyclinB與CDK1結(jié)合，CDK1使底物蛋白磷酸化：如將組蛋白H1磷酸化導(dǎo)致染色體凝縮，核纖層蛋白磷酸化使核膜解體等下游細(xì)胞周期事件,2）細(xì)胞周期檢查點(diǎn)（checkpoint,G1/S檢驗(yàn)點(diǎn):在酵母中稱start點(diǎn)，在哺乳動物中稱R點(diǎn)(restriction